Что такое мода в лазере

Формирование мод в лазерном резонаторе

Рисунок 1. Четыре распространенных типа оптических резонаторов, применяемых в лазерах: n – целое число, λ – длина волны генерации, R – радиус кривизны сферического зеркала, f – фокусное расстояние сферического зеркала

Резонатор стабилизирован, если все излучение, усиливающееся за счет ПВО (при условии, что количество отражений велико) внутри активной среды, остается внутри полости (см. рис. 2). В этом случае не происходит утечки мощности, то есть все излучение достигает единственного выхода из резонатора — частично отражающего зеркала.

Когда резонатор не стабилизирован, лучи при множественном отражении отклоняются на некоторый угол, пока не достигают выхода из резонатора. Если лазерный резонатор не стабилизирован, диаметр пучка излучаемого света будет расти по мере усиления.

Нестабилизированные резонаторы применяют в лазерах, где излучение характеризуется достаточно высокой мощностью. Утечка мощности нужна, чтобы предохранить зеркала от повреждений.

Стабилизированные резонаторы часто используются в лазерах, мощность излучения которых не превышает 2 кВт. За счет стабилизации повышается эффективность накачки и снижается погрешность направленности излучения.

Рисунок 2. Ход излучения в стабилизированном (слева) и нестабилизированном резонаторе (справа): в стабилизированном отсутствуют утечки излучения, в нестабилизированном излучение по мере усиления покидает полость

Длина пути излучения в резонаторе определяет «продольные моды» резонатора или пространственное распределение электрического поля, которое вызывает стоячую волну. Моды (типы колебаний) придают пучку форму.

Колебания сохраняют профиль амплитуды и воспроизводят сами себя после завершения одного пути замкнутого контура внутри резонатора (за исключением возможной утечки некоторого количества мощности из-за потерь в резонаторе).

Для возникновения резонансной моды необходим фазовый сдвиг, равный целому числу оборотов (циклов) замкнутого контура (рис. 3).

Рисунок 3. Фазовый сдвиг излучения после прохождения полного цикла в оптическом резонаторе (пропорционален числу оборотов)

Простейший тип поперечных колебаний лазерного резонатора – гауссова мода (TEM _nm) – описывается с помощью аппроксимации электрической компоненты поля произведением функции Гаусса на полином Эрмита:

где E₀ – амплитуда электрической компоненты излучения, о си x, y составляют плоскость среза пучка, о сь z – направление распространения излучения, w₀ – радиус перетяжки пучка, w(z) – радиус пучка в данной точке распространения, H_n (x) и H_m (x) – полиномы Эрмита с неотрицательными целочисленными индексами n и m, k – волновое число (k = 2π/λ), z_R – рэлеевский диапазон, R(z) – радиус кривизны волнового фронта.

Целые числа – индексы полиномов Эрмита – n и m определяют профиль пучка в направлениях осей x и y соответственно. Идеальная Гауссова мода обозначается как TEM₀₀, в этом случае оба индекса полинома Эрмита равны нулю (см. рис. 4). Остальные значения индексов полинома Эрмита соответствуют более сложным типам колебаний. На рисунке 5 показан поперечный срез пучка излучения, соответствующего Гауссовым колебаниям нижнего порядка, а также некоторые поперечные моды высших порядков.

Рисунок 4. Поперечная мода TEM₀₀ (Гауссова мода) и соответствующий ей Гауссов пучок

Рисунок 5. Поперечные срезы пучка, соответствующего резонаторной моде Эрмита-Гаусса нижнего порядка

© Edmund Optics Inc.

Компания INSCIENCE помогает своим заказчикам решать любые вопросы и потребности по продукции Edmund Optics на территории РФ

Что такое мода в лазере

Производим, продаем, обучаем, ремонтируем

+7(495) 97235-59

• Gravmax ->
• Справочник ->
• Мода лазерного луча

КОМПЛЕКТ ДЛЯ РЕМОНТА ЛАЗЕРОВ
IPG RAYCUS JPT MAXPHOTONICS RECI
СВАРКА ОПТИЧЕСКОГО ВОЛОКНА ЛАЗЕРНЫХ ИСТОЧНИКОВ
Окупаемость комплекта после 3х ремонтов

• Аппарат сварки оптических волокон лазеров
• Программы сварки легированных волокон лазеров
• Скалыватель оптического волокна
• Расходные материалы для сварки волокон лазеров
• Обучение по сварке волокон лазеров

Мода лазерного луча

Гауссовы пучки — лишь одно из возможных решений параксиального волнового уравнения. Комбинации различных ортогональных решений используются для моделирования лазерных пучков. В общем случае, если определен полный базис решений, то любой пучок может быть описан как суперпозиция решений из базиса.

Признаки скорой кончины лазерных СО2 излучателей Всё, что отличается от 00 (с натяжкой от 01*), является однозначным признаком того, что трубка либо брак (если купили новую), либо ей скоро придёт конец (если мода луча изменилась во время эксплуатации). Работать дальше можно, но мощность будет гораздо ниже и не известно сколько проработает.

You have no rights to post comments

Что такое мода излучения? Одномодовый лазер значит одночастотный?

Нет.
Основа лазера — это резонатор. И его размеры жёстко связана с длиной волны излучения. В частности, длина резонатора должна быть кратна половине длины излучения.
Излучение основной моды — это когда луч света, прежде чем выбраться за пределы резонатора и, собсно, стать выходным излучением, пробегает по этому резонатору точно по его оси (или точно параллельно оси) и на этом бегании туда-обратно собирает дополнительные фотоны за счёт того самого -se- (стимулированной излучением эмиссии) .
Но условие, что «на длине хода должно укладываться целое число длин волн», может выполняться не только при строго параллельном оси распространении света, но и при косом. Не штука сосчитать котангенс угла (причём таких углов может быть много, а их значения дискретны — то есть их можно перенумеровать) , при котором именно при НАКЛОННОМ относительно оси резонатора распространении тоже будет укладываться целое число длин волн. Правда, при этом и предельная длина, которую такой луч сможет пройти по резонатору до того, как упрётся в боковую стенку, будет конечной (в отличие от излучения основной моды, параллельной оси) . И если энергия накачки достаточно велика, то даже на такой конечной дистанции этот косой луч всё равно может набрать достаточно энергии. И вот он-то и называется дополнительной модой. Причём очевидно, что этих мод может быть несколько (в зависимости от того, на сколько отклоняется излучение соответствующей моды от оси резонатора) , и что их тем больше, и интенсивность их тоже тем больше, чем сильнее накачка.
Так что моды лазера отличаются не частотой, а углом, под которым они из него выходят. Ну а одномодовый лазер — это такой, у которого излучение на дополнительных модах задавлено. Полезен для сверхдальней оптоволоконной связи.

Магистр БромаМудрец (15351) 14 лет назад
Так вот оно что.
Остальные ответы
Мода — пределённая частота, если я не ошибаюсь.
Что-то вроде гармоники.
LeonidВысший разум (388963) 14 лет назад
А вот и нет.

Магистр Брома Мудрец (15351) Значит, ошибаюсь. По-моему, это как со струнами — сколько длин волн укладывается. Одна струна, несколько частот. Нет?

Мода лазерного резонатора – это стоячая электромагнитная волна. В оптическом диапазоне на длине резонатора L должна быть кратна половине длинны волны излучения λ, N*λ/2=L.
Разность частот между соседними модами Δ ν=c/(2*L). При длине резонатора 0,5 м разность частот между модами где-то 300 МГц.
Отсюда следует простой вывод. Для построения одночастотного (одномодового) лазера нужно использовать активную среду с узкой полосой усиления, т. е. возбуждать атомные переходы. Из-за эффекта Доплера любая атомная линия уширяется, то нужно использовать короткие резонаторы, так чтобы Δ ν > ν(доплера) .

7.5.6. Моды (типы колебаний) оптического резонатора

Мы убеди­лись, что резонатор лазера существенно влияет на выходную мощ­ность излучения, а также на его спектральные характеристики. В действительности влияние резонатора на свойства лазерного из­лучения является еще более значительным и принципиальным. Резонатор формирует определенные состояния поля излучения; их называют модами (типами колебаний) резонатора.

Отдельная мода обозначается так:

где m, n – попе­речные индексы моды, a q – продольный индекс; это то самое число q, которое фигурирует в соотношениях (7.31) и (7.32).

Каж­дая мода характеризуется определенной пространственной струк­турой поля – определенным распределением амплитуды и фазы поля в перпендикулярной к оси резонатора плоскости, в частно­сти, на поверхности зеркал резонатора. Специфику этой структуры фиксируют поперечные индексы моды m и n.

Конкретному сочетанию индексов m и п соответствует ряд мод с разными значениями индекса q; это продольные моды (их назы­вают также аксиальными модами). В спектре генерации каждой из них отвечает своя спектральная линия резонатора. Например, на рис. 7.14 представлены семь продольных мод; мода, соответствую­щая частоте , есть центральная продольная мода.

Совокупность продольных мод с данным сочетанием индексов m и n объединяют под названием поперечной моды. Поперечная мода обозначается как

Каждый тип поперечной моды име­ет определенную структуру светового пятна на зеркале резонато­ра. На рис. 7.15 показана структура наблюдаемого на круглом зеркале светового пятна для нескольких наиболее простых (низ­ших) поперечных мод. Видно, что чем меньше значения попереч­ных индексов, тем сильнее сконцентрировано поле моды вблизи центра зеркала.

Поперечную моду ТЕМ₀₀ называют основной модой. Для, нее характерна наиболее простая структура светового пятна.

Наблюдаемая в реальных условиях структура светового пятна часто представляет собой суперпозицию нескольких поперечных мод (многомодовый режим генерации). Спектр генерируемого из­лучения содержит обычно несколько спектральных линий (многочастотный режим генерации).